考虑剪切效应的钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法

Creep analysis method for reinforced concrete fiber beam elements considering shear effect

摘要

基于 Euler-Bernoulli 梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响，为了建立更加精确的钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析方法，基于考虑剪切效应的纤维梁单元，根据 Timoshenko 梁理论，推导了该纤维梁单元的刚度矩阵，利用混凝土徐变分析的初应变法，导出单元徐变等效节点力的有限元列式，最终建立了钢筋混凝土纤维梁单元徐变分析的有限元方法。 利用 FORTRAN 语言编制了计算程序，进行了普通梁与钢筋混凝土梁的弹性分析，以及钢筋混凝土梁的徐变分析，分别与解析解、ABAQUS 有限元解以及其他文献解进行了比较。 结果表明：该方法在准确计入剪切效应的同时，能清晰界定钢筋与混凝土在钢筋混凝土梁徐变性能中的行为；同时也表明钢筋混凝土梁徐变分析模型中计入钢筋能有效提高计算结果的精度。

Abstract

The classic fiber model based on Euler-Bernoulli beam theory overlooks the influence of shear deformation on the section of the beam.In order to establish a more accurate creep analysis method for reinforced concrete fiber beam elements，this paper proposes a fiber beam element considering shear effects based on Timoshenko beam theory.The stiffness matrix of the fiber beam element is derived，and the finite element equation for the equivalent nodal force of creep analysis based on concrete creep analysis initial strain method is obtained.Finally，a finite element method for creep analysis of reinforced concrete fiber beam elements is established.A computing program is developed in FORTRAN language，and elastic analysis for normal beam and reinforced concrete beam，and creep analysis for reinforced concrete beam are conducted.The results are compared with analytical solutions，commercial software and other literature，indicating that the proposed method can accurately consider the shear effects and clearly define the behaviors of steel and concrete in the creep performance of reinforced concrete beams.Moreover，including steel in the creep analysis model can effectively improve the accuracy of the results.

关键词

钢筋混凝土纤维梁单元 / 徐变 / 剪切效应 / Timoshenko 梁理论 / 有限元分析

Key words

reinforced concrete fiber beam element / creep / shear effect / Timoshenko beam theory / finite element analysis

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52278142)

湖南省教育厅资助项目(No.21A0187)

广东省自然科学基金资助项目(No. 2015A030310141)

桥梁结构健康与安全国家重点实验室开放基金资助项目(No.BHSKL21-06-GF)